胶结材料充填技术在八宝立井的应用研究

摘要

建筑物下胶结材料充填开采煤炭技术是提高煤炭回采率、保护地表、消除或减少建筑物搬迁的绿色采矿新技术，同时也是实现可持续发展和缓解我国煤炭资源形势的有效途径。本文根据通化矿务局八宝立井工业广场建筑物下预留煤柱的开采问题，采用大量重复正交实验、实验室测定试块强度、数值模拟及工业试验相结合的方法，探索实施地表无沉陷、回采率高、安全高效的粉煤灰基胶结材料采空区全充填采煤技术。　　针对本地的活化剂、外加剂以及粉煤灰的特性，选择了一种优化胶结充填材料配比的实验方法，通过正交重复实验，找出了粉煤灰活化的最佳温度，确定了通化矿业集团矸石热电厂的粉煤灰，本地的活化剂及其他添加剂的最佳配比。　　通过COMSOL数值模拟软件对全部垮落法、粉煤灰基胶结材料采空区全充填法、条带式开采法三种方法进行围岩应力分布和地表变形预测，由应力云图可以直观的看到围岩受力分布，从而可以验证了采空区全充填开采的可行性和优越性；通过现场工业试验以及对顶板移动和地表沉陷情况观测，证实了胶结材料采空区全充填法对顶板移动和地表沉陷能够有效控制。　　本论文的主要研究成果：　　1、在前人经验的基础上，通过正交重复实验摸索出适用于白山火电厂粉煤灰的活性激发剂的最佳配比、活化温度及活化时间对胶结材料性质的影响规律，最终确认了粉煤灰基胶结材料的基本配比和其他外加剂的比例。　　2、在粉煤灰基胶结材料性质的基础上，结合现场充填系统设计了充填工艺；　　3、通过现场监测的工业试验结果与数值模拟分析验证，构建了上覆岩层不破坏、地表无明显扰动的煤炭绿色充填开采技术体系;　　4、为八宝矿区立井充填开采预留煤柱提供了理论和技术支持，该矿井生产问题得到了有效地解决，延长了其服务年限。此项目为整个通化矿区乃至全国的矿区进行建筑物下压煤的开采提供了范例与参考。

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1 绪论

1.1 课题研究的目的意义

1.2 国内外研究概况

1.3 研究内容、方法、技术路线及论文特色与创新之处

2 八宝立井概况与采空区顶板控制技术方案确定

2.1 八宝立井自然地质概况及开采现状

2.2八宝立井煤层赋存情况

2.3 确定采空区全充填控制顶板技术方案

2.4 本章小结

3 粉煤灰活性激发的研究

3.1 粉煤灰的特性及矿物组成

3.2 粉煤灰活化的基本原理和方法

3.3 加入激发剂对材料性质的影响

3.4活化温度对材料性质的影响

3.5 本章小结

4 胶结充填材料实验与充填系统工艺

4.1 胶结充填材料的胶结原理

4.2 原材料的选取

4.3材料强度试验和凝结实验

4.4胶结材料组分正交试验和结果分析

4.5 单一组分对胶结材料性质的影响

4.6最终确定配方的优劣分析

4.7 充填系统及工艺

4.8本章小结

5充填效果数值分析与现场应用

5.1 数值模拟软件简介

5.2 八宝立井数值模型的建立

5.3 八宝立井数值模拟过程

5.4 八宝立井数值模拟结果分析

5.5 现场工业试验及结果

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 建议展望

参考文献

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